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        廢舊輪胎裂解炭黑在斜交胎內(nèi)胎的應用研究

        2021-08-12 03:28:20馬立成陳曉燕王貝貝滕晶晶冷帥黃義鋼
        橡塑技術(shù)與裝備 2021年15期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)胎廢輪胎氣密性

        馬立成,陳曉燕,王貝貝,滕晶晶,冷帥,黃義鋼

        (雙星集團有限責任公司, 山東 青島 266400)

        近年來統(tǒng)計顯示,我國汽車產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)十年蟬聯(lián)全球第一,2019年汽車產(chǎn)量約為2 572萬輛。隨著汽車保有量的大幅增加,我國每年的廢輪胎產(chǎn)生量也快速增長,根據(jù)中國橡膠工業(yè)協(xié)會發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,從2014年的1 145萬t發(fā)展到2019年的1 380萬t左右,年均復合增長率約為5%,到2020年,我國廢舊輪胎產(chǎn)量達到約1 500萬t,廢舊輪胎造成的黑色污染已成為全球性環(huán)保難題[1]。另一方面,當前我國橡膠使用量世界第一,2019年消耗約1 668萬t。廢舊輪胎作為一種再生資源,其綜合利用對緩解我國橡膠資源、石化資源匱乏具有重要的戰(zhàn)略意義[2~3]。熱裂解技術(shù)被公認為是最有效的廢舊輪胎處理方式,不僅可以達到對廢輪胎的充分利用, 而且不會再一次危害環(huán)境[4~5]。

        通過熱解可將廢輪胎熱解為油氣、裂解炭黑等?,F(xiàn)裂解炭黑的現(xiàn)狀是在工業(yè)化生產(chǎn)中,大都沒有配置炭黑深加工生產(chǎn)線,少數(shù)企業(yè)只是對廢輪胎裂解炭黑做了簡單處理,裂解炭黑還達不到使用于輪胎制造的標準要求。因此,提高廢輪胎裂解炭黑的品質(zhì),從工藝技術(shù)上完成裂解炭黑的深加工非常重要,具有重要的經(jīng)濟和社會意義[6~8]。

        本文研究了不同型號的伊克斯達裂解炭黑對斜交胎用內(nèi)胎性能的影響,驗證了裂解炭黑替代傳統(tǒng)工業(yè)炭黑用于內(nèi)胎生產(chǎn)并降低生產(chǎn)成本的可行性,并可為輪胎生產(chǎn)提供一定的試驗依據(jù)。

        1 實驗部分

        1.1 主要原材料

        裂解炭黑FN660/FN331,青島伊克斯達科技有限公司產(chǎn)品;丁基膠1675N、丁基再生膠、N660等均為橡膠工業(yè)常用的原材料。

        1.2 斜交胎內(nèi)胎相應標準和裂解炭黑主要技術(shù)指標

        輪胎屬于安全部件,使用中有一定的危險性,內(nèi)胎作為輪胎的一部分,所以國標對內(nèi)胎提出了最低要求,只有滿足此要求,才能保證內(nèi)胎的正常使用要求。丁基膠為原料的內(nèi)胎具體要求如表1所示。

        表1 內(nèi)胎國標標準

        參照GB/T 3780《炭黑》及GB/T 528《硫化橡膠和熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》標準進行測定,具體如表2所示。

        表2 FN660/FN331與N660技術(shù)指標

        1.3 主要實驗設(shè)備及儀器

        BB-L1600IM型密煉機,日本神戶制鋼株式會社;FL-6175-AL開煉機,東莞寶輪有限公司;XM270型和XM370型密煉機,大連第二橡塑機械有限公司;平板硫化機,浙江湖州東方機械有限公司;MDR2000型硫化儀、MV2000E型門尼黏度儀,美國阿爾法科技有限公司;電子萬能材料試驗機,美國英斯特朗公司;自動比重計,瑞士賽多利斯公司;邵爾A型硬度計,英國華萊士公司;壓差法氣體滲透儀,濟南蘭光機電技術(shù)有限公司;屈撓試驗機,臺灣高鐵檢測儀器有限公司。

        1.4 膠料配方

        實驗配方如表3所示。

        表3 實驗配方表 份

        1.5 混煉工藝

        小配合試驗膠料采用兩段混煉工藝制備:一段:丁基膠和丁基再生膠和小藥→混煉25 s→炭黑→混煉60 s→混煉60 s或140 ℃排料。二段:一段膠→混煉20 s→小藥 → 混煉40 s→混煉 40 s或 140 ℃排料。

        大配合試驗膠料分三段混煉:一段混煉在XM370型密煉機中進行?;鞜捁に嚍椋荷z、小料和炭黑→壓砣40 s→壓砣30 s→壓壓砣混煉至140 ℃排膠;二段混煉在XM370型密煉機中進行,混煉工藝為:一段混煉膠→壓砣40 s→壓砣混煉至130 ℃排膠;三段混煉在XM270型密煉機中進行,混煉工藝為:二段混煉膠、硫磺和促進劑→壓砣30 s→壓砣40 s→壓砣混煉至110 ℃排膠。

        試樣在平板硫化機上硫化。

        2 實驗結(jié)果及討論

        2.1 硫化特性

        表4為未硫化膠硫化特性,采用現(xiàn)行斜交胎內(nèi)胎1#生產(chǎn)配方,分別用裂解炭黑FN660和FN331等量替換N660進行小配合試驗,替代量分別為30%~50%, 通過 1#~3#實驗數(shù)據(jù)看,用 FN660 替代N660,門尼焦燒和門尼黏度相應增加,隨著替代比例逐漸增加而增大;硫化特性數(shù)據(jù)差異不大。通過1#、4#和5#看,用FN331 替代N660,門尼焦燒和門尼黏度變化不大,隨著替代比例逐漸增加而門尼焦燒時間增大;硫化特性數(shù)據(jù)差異不大。

        表4 未硫化膠硫化特性

        2.2 硫化膠物理機械性能

        表5為硫化膠的物理機械性能,通過1#~3#數(shù)據(jù)分析:隨著裂解炭黑替代量的增加,膠料密度略有增加;拉伸強度和硬度逐漸減小,扯斷伸長率逐漸增加;撕裂強度略微減小,屈撓一致;膠料氣密性明顯改善,30%裂解炭黑用量好于50%用量,但是均好于工業(yè)炭黑。

        表5 硫化膠的物理機械性能

        通過對1#,4#,5#進行數(shù)據(jù)分析:隨著裂解炭黑替代量的增加,膠料密度略有增加;拉伸強度和扯斷伸長率逐漸增加,硬度逐漸減小;撕裂強度略微減小,屈撓一致;膠料氣密性明顯改善,30%裂解炭黑用量好于50%用量,但是均好于工業(yè)炭黑;FN331拉伸強度好于FN660,老化前后,數(shù)據(jù)對比前后變化與 工業(yè)炭黑一致。

        2.3 大配合試驗

        大配合試驗膠料試驗結(jié)果如表6、表7所示。

        表6 大料未硫化膠硫化特性

        表7 大料硫化膠的物理機械性能

        從表6、表7可以看出,大配合試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果基本一致。

        2.4 成品性能

        綜合考量采用FN331替代50%工業(yè)炭黑試驗配方膠料試制6.50-16內(nèi)胎,抽取其中兩條內(nèi)胎進行成品氣密性實驗和物性試驗,2條成品水槽實驗氣密性測試均合格。由表8可以看出,物理機械性能均滿足國標要求。

        表8 內(nèi)胎成品性能

        2.5 經(jīng)濟效益分析

        按現(xiàn)行原材料價格計算,F(xiàn)N331約為N660市場售價50%,依實驗4#配方與原配方相比,膠料可降成本0.3元/kg,按每條內(nèi)胎2 kg,年產(chǎn)1 000萬條產(chǎn)量計算,每年可節(jié)省成本600萬元,經(jīng)濟效益明顯。

        3 結(jié)論

        (1)物理機械性能方面:內(nèi)胎膠料隨著裂解炭黑的逐漸增加,物性基本保持不變,當摻用量占比50%商業(yè)炭黑時,撕裂強度有一定下降。

        (2)氣密性方面:裂解炭黑對膠料氣密性有利,替代30%的膠料氣密性最好,隨著用量增加氣密性逐漸減小,但均好于商業(yè)炭黑的氣密性。

        (3)耐老化性方面,裂解炭黑與商業(yè)炭黑沒有明顯的差異。

        (4)通過在配方中使用裂解炭黑,既符合“碳中和和環(huán)保”理念,又可節(jié)約材料成本,提升產(chǎn)品競爭力。

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